KR102620717B1 - 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어태치먼트가 안착되어 보관되는 셔틀유닛을 제1 이송유닛에 의해 수평방향으로 왕복이동시켜 보관위치에서 대기위치와 준비위치로 이동시키고, 제2 이송유닛에 의해 수직방향으로 왕복이동시켜 준비위치에서 교환위치로 이동시킴에 따라 어태치먼트가 안착된 셔틀유닛의 별도 수납공간을 배제하고 어태치먼트의 교환시간을 최소화하여 자동 어태치먼트 교환장치의 제조비용과 설치사긴을 감소하고, 비가공시간 감소에 따라 생산성을 극대화하며, 서비스 공간을 확보하여 유지보수 시간과 비용을 절감하고, 신뢰성과 안정성을 향상할 수 있는 공작기계의 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

Description

자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법{Automatic attachment changer and method for controlling the same}

본 발명은 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 어태치먼트의 별도 수납공간을 배제하고, 어태치먼트의 교환시간을 최소화할 수 있는 공작기계의 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 공작기계라 함은 각종 절삭 가공방법 또는 비절삭 가공방법으로 금속/비금속의 공작물을 적당한 공구를 이용하여 원하는 형상 및 치수로 가공할 목적으로 사용하는 기계를 말한다.

터닝센터, 수직/수평 머시닝센터, 문형머시닝센터, 스위스 턴, 방전 가공기, 수평형 NC 보링머신, CNC 선반 등을 비롯한 다양한 종류의 공작기계는 다양한 산업 현장에서 해당 작업의 용도에 맞게 널리 사용되고 있다.

일반적으로 현재 사용되고 있는 다양한 종류의 공작기계는 수치제어(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control) 기술이 적용되는 조작반을 구비하고 있다. 이러한 조작반은 다양한 기능스위치 또는 버튼과 모니터를 구비한다.

또한, 공작기계는 공작물인 소재가 안착되고 공작물 가공을 위해 이송하는 테이블, 가공전 공작물을 준비하는 팔렛트, 공구 또는 공작물이 결합되어 회전하는 주축, 공작물 등을 가공중에 지지하기 위한 심압대, 방진구 등을 구비한다.

일반적으로 공작기계에서 테이블, 공구대, 주축, 심압대, 방진구 등은 다양한 가공을 수행하기 위해 이송축을 따라 이송하는 이송유닛을 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 공구 보관장소의 형태로 공구 매거진이나 터렛이 사용된다.

이러한 공작기계는 다양한 가공을 위하여 다수의 공구를 사용하게 되며, 다수의 공구를 수납보관하고 있는 툴 보관장소의 형태로 공구 매거진이 사용된다.

또한, 일반적으로 공작기계는 공작기계의 생산성을 향상시키기 위해 수치제어부의 지령에 의해 특정한 공구를 공구 매거진으로부터 인출하거나 다시 수납하기 위한 자동공구교환장치(ATC, Automatic Tool Changer)를 구비한다.

또한, 일반적으로 공작기계는 비가공 시간을 최소화하기 위해, 자동팔레트교환장치(APC, Automatic Palette Changer)를 구비한다. 자동팔레트교환장치(APC)는 팔레트를 공작물 가공 영역과 공작물 설치 영역 간에 자동으로 교환한다. 팔레트에는 공작물이 탑재될 수 있다.

일반적으로 공작기계의 한 종류인 문형 머시닝센터(double colum type machine center)란 단순한 가공을 담당하는 선반 장치와 다르게 3차원 형상을 다수의 어태치먼트(attachment)를 교환하여 직접가공하는 장치를 말한다.

이러한 문형 머시닝센터는 다양한 형상의 공작물을 다양한 공간과 각도에서 가공하기 위해 스핀들의 하단에 더미 헤드 어태치먼트(dummy head attachment), 다양한 3차원 가공을 위해 공구를 수직방향이나 수평방향에서 어느 각도로도 자유롭게 움직일 수 있는 회전 2축이 가능한 유니버설 헤드 어태치먼트(universal head attachment), 익스텐션 헤드 어태치먼트(extention head attachment), 앵글 헤드 어태치먼트(angle head attachment) 등을 탈부착 가능하게 장착할 수 있다.

공구가 상술한 다양한 헤드 어태치먼트의 선단에 장착되고, 공구를 견고하게 장착하기 위해 필요한 경우 헤드 어태치먼트의 선단에 툴 포트가 형성될 수 있다.

도 1은 종래 자동 어태치먼트 교환장치를 구비하는 공작기계의 사시도를 나타내고, 도 2는 종래 자동 어태치먼트 교환장치의 개략적인 평면도를 나타낸다.

도 1에 도시된 것처럼 종래 공작기계(1), 특히 문형 머시닝센터는 베드(2)가 지면에 설치되고, 테이블(3)이 베드(2)를 따라 수평으로 이동가능하도록 베드(2)의 상부에 설치된다. 한 쌍의 칼럼(4)이 베드(2)의 양측에 지면에 대해 수직으로 설치된다. 크로스 레일(5)이 한 쌍의 컬럼(4)을 따라 수직으로 이동가능하도록 한 쌍의 컬럼(4)의 일부에 설치된다. 새들(6)이 크로스 레일(5)을 따라 좌우로 이동가능하도록 크로스 레일(5) 상에 설치된다. 스핀들(7)이 수직으로 이동가능하도록 새들(6)의 일부에 설치된다. 어태치먼트(8)가 스핀들(7)의 하단에 탈부착 가능하게 설치된다. 조작반은 CNC를 통해 공작기계를 제어하게 된다. 이러한 조작반을 통해 미리 입력된 PLC 프로그램에 의해 공작물을 원하는 형태로 가공한다.

도 2에 도시된 것처럼, 종래 자동 어태치먼트 교환장치(9)는 리니어 타입으로 지면에 설치된다. 베이스가 직선방향으로 지면에 설치된다. 베이스의 일측에 다양한 종류의 어태치먼트(A1, A2, A3, A4)를 보관하는 다수의 셔틀이 설치된다. 해당 가공공정에 필요한 어태치먼트를 교환하기 위해서 셔틀이 이송장치에 의해 베이스에서 수평방향으로 이동한다. 즉, 교환하려는 어태치먼트를 보관하고 있는 셔틀을 교환위치(P4)로 이송하기 위해 해당 셔틀이 이송장치의 상부에 안착된 상태로 보관위치(P1)에서 준비위치(P3)를 지나 교환위치(P4)로 이송된다. 다만, 기존 스핀들에 장착된 어태치먼트를 회수하기 위해 교환할 어태치먼트는 대기위치(P2)를 거쳐 준비위치(P3)로 이동하는 복작한 과정을 통해 어태치먼트가 교환된다.

종래 자동 어태치먼트 교환장치는 어태치먼트가 안착된 셔틀을 별도로 보관하기 위한 수납공간이 필요함에 따라 구조가 복잡하고, 소형화를 도모할 수 없으며 조립과 설치시간이 오래 걸리고 제조비용이 증가하는 문제점이 있었다.

또한, 종래 자동 어태치먼트 교환장치는 셔틀을 보관위치에서 준비위치나 대기위치까지의 이동은 랙피니언 방식을 이송시키고, 셔틀의 로딩/언로딩은 체인 구동방식으로 수행됨에 따라 어태치먼트 교환에 많은 시간이 소요되어 비가공 시간 증가에 따라 생산성이 감소하는 문제점이 있었다.

더욱이, 종래 자동 어태치먼트 교환장치는 장치의 크기가 너무 커서 별도의 서비스 공간이 부족하여 작업자이 불편을 초래하고, 유지보수 시간과 비용이 증가하는 문제점이 있었다.

게다가, 종래 자동 어태치먼트 교환장치는 커버의 설치후에 분해가 불가하여 자동 어태치먼트의 유지보수가 용이하지 않음에 따라 잦은 고장에 따라 자동 어태치먼트 교환장치이 신뢰성과 안정성이 저감되는 문제점이 있었다.

대한민국 특허공개공보 제10-2010-0123258호 대한민국 특허공개공보 제10-2017-0054885호 대한민국 특허공개공보 제10-2018-0134029호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 각각의 어태치먼트가 안착되어 보관되는 셔틀유닛을 제1 이송유닛에 의해 수평방향으로 왕복이동시켜 보관위치에서 대기위치와 준비위치로 이동시키고, 제2 이송유닛에 의해 수직방향으로 왕복이동시켜 준비위치에서 교환위치로 이동시킴에 따라 어태치먼트가 안착된 셔틀유닛의 별도 수납공간을 배제하고 어태치먼트의 교환시간을 최소화하여 자동 어태치먼트 교환장치의 제조비용과 설치사긴을 감소하고, 비가공시간 감소에 따라 생산성을 극대화하며, 서비스 공간을 확보하여 유지보수 시간과 비용을 절감하고, 신뢰성과 안정성을 향상할 수 있는 공작기계의 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 자동 어태치먼트 교환장치는 스핀들에 탈부착 가능하게 장착되는 각각의 어태치먼트가 안착되어 보관 및 이동하는 셔틀유닛; 상기 셔틀유닛을 어느 한 방향으로 왕복 이송시키는 제1 이송유닛; 상기 셔틀유닛을 상기 제1 이송유닛과 다른 한 방향으로 왕복 이송시키는 제2 이송유닛; 및 상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 셔틀유닛에 반납하고, 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해 상기 스핀들, 상기 셔틀유닛, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해, 준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 보관위치에서 대기위치로 이동하고, 상기 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛은 상기 스핀들로부터 상기 가공 어태치먼트를 회수한 상태에서 상기 제2 이송유닛에 의해 교환위치에서 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트의 반납이 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 상기 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트를 회수한 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 준비위치에서 보관위치로 이동하고, 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 대기위치에서 준비위치로 이동하며, 준비위치로 이동한 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제2 이송유닛에 의해 준비위치에서 교환위치로 이동하여 상기 스핀들에 준비 어태치먼트로 교환이 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 상기 제어유닛은 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위한 정보를 저장하는 데이터 저장부; 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트를 보관하는 다른 셔틀유닛의 대상과 위치 및 이송량을 산출하는 연산부; 및 상기 연산부의 결과에 따라 상기 스핀들, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛을 구동하여 상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환을 수행하도록 교환 지령을 전달하는 지령부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 제어유닛의 상기 데이터 저장부는 가공프로그램, 상기 제1 이송유닛과 상기 제2 이송유닛의 이송량, 각각의 셔틀유닛에 안착된 어태치먼트의 종류에 대한 데이터를 저장하는 기본데이터 저장부; 교환위치, 준비위치, 및 각각의 셔틀유닛의 보관위치와 대기위치에 대한 데이터를 저장하는 셔틀유닛 위치데이터 저장부; 및 상기 스핀들의 기준위치, 작업위치, 및 현재위치를 실시간으로 저장하는 스핀들 위치데이처 저장부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 제어유닛의 상기 연산부는 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트를 보관하는 다른 셔틀유닛이 준비위치 또는 교환위치에 위치하는지 유무와 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 상기 준비 어태치먼트를 보관하는 다른 셔틀유닛에 각각 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인하는 확인부; 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 정상상태 유무와 상기 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단하는 판단부; 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터, 상기 확인부, 및 상기 판단부의 결과에 따라 가공 어태치먼트와 준비 어태치먼트가 상이한지를 비교하는 비교부; 상기 데이터 저장부, 상기 확인부, 상기 판단부, 및 상기 비교부의 결과에 따라 상기 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛을 교환위치로 이송하고, 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛을 대기위치로 이송하기 위해 각각의 상기 셔틀유닛의 현재 위치를 분석하는 분석부; 및 상기 데이터 저장부, 상기 확인부, 상기 판단부, 상기 비교부, 및 상기 분석부의 결과에 따라 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛의 이송순서와 이송량을 계산하는 계산부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 제어유닛의 연산부의 상기 확인부는 상기 제1 이송유닛 또는 상기 제2 이송유닛을 따라 이동하는 셔틀유닛이 준비위치에 위치하는지를 확인하기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제1 확인부; 상기 제2 이송유닛을 따라 이동하는 셔틀유닛이 교환위치에 위치하는지를 확인하기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제2 확인부; 및 상기 교환위치에 위치한 셔틀유닛에 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인하기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제3 확인부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 각각의 상기 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛 또는 상기 제2 이송유닛을 따라 이동하고 각각의 어태치먼트가 안착되는 캐리지; 상기 캐리지를 상기 제2 이송유닛을 따라 이송시키기 위해 상기 캐리지의 일부에 형성되는 결합부; 및 상기 캐리지에 어태치먼트의 안착 유무를 확인하기 위해 상기 캐리지에 형성되는 센싱부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 상기 제1 이송유닛은 상기 베드를 따라 수평방향으로 평행하게 설치되는 제1 베이스; 및 상기 셔틀유닛을 수평방향으로 이송시키기 위해 상기 제1 베이스에 설치되는 제1 이송부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 상기 제2 이송유닛은 상기 제1 베이스와 직교하고 상기 제1 베이스의 중심에 연결 설치되는 제2 베이스; 및 상기 셔틀유닛을 수직방향으로 이송시키기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제2 이송부;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치는 가공 어태치먼트와 준비 어태치먼트의 교환시에 교환위치에 위치한 셔틀유닛의 이동을 방지하기 위해 상기 제2 이송유닛에 설치되는 이동방지부;를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 상기 제1 이송유닛은 베드에 대해 수평방향으로 평행하게 설치되고, 상기 제2 이송유닛은 상기 제1 이송유닛이 상기 제2 이송유닛을 기준으로 수평방향으로 대칭되도록 상기 제1 이송유닛에 직교하여 상기 제1 이송유닛의 수평방향 중심에 연통되게 설치될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치는 상기 셔틀유닛, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛을 감싸도록 탈부착 가능하게 형성되는 하우징부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법은 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해 공작물 가공프로그램, 교환위치, 준비위치, 및 각각의 셔틀유닛의 보관위치와 대기위치, 스핀들의 기준위치, 작업위치 정보를 저장하는 단계; 공작기계의 정상상태 유무와 현재 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단하는 단계; 상기 가공 어태치먼트와 상기 준비 어태치먼트가 상이한지를 비교하는 단계; 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛을 교환위치로 이송하고, 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛을 대기위치로 이송하기 위해 각각의 상기 셔틀유닛의 현재 위치를 분석하는 단계; 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 어태치먼트와 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛의 이송순서와 이송량을 계산하는 단계; 및 상기 계산결과에 의해 상기 스핀들, 제1 이송유닛, 및 제2 이송유닛을 구동하여 상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계;를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법의 상기 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계는 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 보관위치에서 대기위치로 이동하고, 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛은 상기 스핀들로부터 상기 가공 어태치먼트를 회수한 이후에 상기 제2 이송유닛에 의해 교환위치에서 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트의 반납이 수행되고, 상기 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트를 회수한 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 준비위치에서 보관위치로 이동하고, 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 대기위치에서 준비위치로 이동하며, 준비위치로 이동한 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제2 이송유닛에 의해 준비위치에서 교환위치 이동하여 준비 어태치먼트로 교환이 수행될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법의 바람직한 다른 실시예에서, 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법은 상기 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계 이후에, 상기 스핀들에 장착된 상기 준비 어태치먼트가 교환 지령에 의한 어태치먼트인지를 검사하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법은 각각의 어태치먼트가 안착되어 보관되는 셔틀유닛을 제1 이송유닛에 의해 수평방향으로 왕복이동시켜 보관위치에서 대기위치와 준비위치로 이동시키고, 제2 이송유닛에 의해 수직방향으로 왕복이동시켜 준비위치에서 교환위치로 이동시에 어태치먼트가 안착된 셔틀유닛의 별도 수납공간을 배제하여 소형화 및 컴팩트화를 도모하고, 제조비용과 설치시간을 감소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법은 제1 이송유닛과 제2 이송유닛을 모두 볼스크류로 구동하고, 제어유닛에 의해 정밀하게 제어함에 따라 어태치먼트의 교환시간을 최소화하여 비가공시간 감소에 따라 생산성을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

더욱이, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법은 별도 수납공간 배제틀 통해 서비스 공간을 확보하여 작업자의 편의를 도모하고, 자동 어태치먼트 교환장치의 유지보수 시간과 비용을 절감하고 수명을 증대할 수 있는 효과가 있다.

게다다, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법은 서비스 공간 확보하고 커버부의 탈부착이 용이함에 따라 간편한 유지보수를 통해 자동 어태치먼트 교환장치의 잦은 고장이나 손상을 에방하여 신뢰성과 안전성을 향상할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 자동 어태치먼트 교환장치를 구비하는 공작기계의 개념도를 나타낸다.
도 2는 종래 자동 어태치먼트 교환장치의 평면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 평면도를 나타낸다.
도 4는 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서의 자동 어태치먼트 교환장치의 사시도를 나타낸다.
도 5, 도 7 내지 도 8은 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 교환과정의 개념도를 나타낸다.
도 6은 도 5의 일부 상세도를 나타낸다.
도 9는 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어유닛의 구성도를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법에 절차도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 실시예에 의한 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법의 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시 예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 장치의 크기 및 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 따라서 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다 (comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/ 또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 3은 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 평면도를 나타내고, 도 4는 도 3에서 하우징부가 제거된 상태에서의 자동 어태치먼트 교환장치의 사시도를 나타낸다. 도 5, 도 7 내지 도 8은 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 교환과정의 개념도를 나타낸다. 도 6은 도 5의 일부 상세도를 나타내고, 도 9는 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어유닛의 구성도를 나타낸다. 도 10은 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법에 절차도를 나타낸다.

이하에서 사용하는 용어의 정의는 다음과 같다. "수평방향"이란 동일부재에서 가로방향, 즉 도 1 내지 도 8에서 X축 방향을 의미하고, "수직방향"이란 수평방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 세로방향, 즉 도 1 내지 도 8에서 Y축 방향을 의미하며, "높이방향"이란 수평방향과 수직방향에 대해 직교하면서 동일부재에서 폭방향, 즉 도 1에서 Z축 방향을 의미한다. 또한, 상방(상부)이란 "높이방향"에서 위쪽 방향, 즉 도 1에서 Z축의 위쪽을 향하는 방향을 의미하고, 하방(하부)이란 "높이방향"에서 아래쪽 방향, 즉 도 17에서 Z축 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다. 또한, "내측(내부)"이란 동일부재에서 상대적으로 중심에 가까운 쪽, 즉 도 3 내지 도 7에서 안쪽을 의미하고, "외측(외부)"이란 동일부재에서 상대적으로 중심에서 먼쪽, 즉 도 3 내지 도 7에서 바깥쪽을 의미한다.

도 3 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자동 어태치먼트 교환장치(10)를 설명한다. 도 3 내지 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 자동 어태치먼트 교환장치(10)는 셔틀유닛(100), 제1 이송유닛(200), 제2 이송유닛(300), 제어유닛(400), 이동방지부(500), 및/또는 하우징부(600)를 포함한다.

상술한 바와 같이 공작기계의 한 종류인 문형 머시닝센터(double colum type machine center)는 단순한 가공을 담당하는 선반 장치와 다르게 3차원 형상을 다수의 어태치먼트(attachment)를 교환하여 직접가공할 수 있다.

이러한 문형 머시닝센터는 다양한 형상의 공작물을 다양한 공간과 각도에서 가공하기 위해 스핀들의 하단에 더미 헤드 어태치먼트(dummy head attachment), 다양한 3차원 가공을 위해 공구를 수직방향이나 수평방향에서 어느 각도로도 자유롭게 움직일 수 있는 회전 2축이 가능한 유니버설 헤드 어태치먼트(universal head attachment), 익스텐션 헤드 어태치먼트(extention head attachment), 앵글 헤드 어태치먼트(angle head attachment) 등을 탈부착 가능하게 장착할 수 있다.

공구가 상술한 다양한 헤드 어태치먼트의 선단에 장착되고, 공구를 견고하게 장착하기 위해 필요한 경우 각각의 어태치먼트의 선단에 툴 포트가 형성될 수 있다.

본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치(100)도 이러한 공작기계, 특히 문형 머시닝센터에 설치될 수 있다. 또한, 이러한 문형 머시닝센터는 베드가 지면에 설치되고, 테이블이 베드를 따라 수평으로 이동가능하도록 베드의 상부에 설치된다. 한 쌍의 칼럼이 베드의 양측에 지면에 대해 수직으로 설치된다. 크로스 레일이 한 쌍의 컬럼을 따라 수직으로 이동가능하도록 한 쌍의 컬럼의 일부에 설치된다. 새들이 크로스 레일을 따라 좌우로 이동가능하도록 크로스 레일 상에 설치된다. 스핀들이 수직으로 이동가능하도록 새들의 일부에 설치된다. 각각의 어태치먼트(A1, A2, A3, A4)가 스핀들의 하단에 탈부착 가능하게 설치된다.

셔틀유닛(100)은 스핀들에 탈부착 가능하게 장착되는 각각의 어태치먼트(A1, A2, A3, A4)가 안착되어 보관 및 이동한다. 즉, 셔틀유닛(100)은 후술하는 제어유닛(400)의 제어를 통해 제1 이송유닛(200)에 의해 수평방향(X축 방향) 또는 제2 이송유닛(300)에 의해 수직방향(Y축 방향)으로 왕복 이동한다.

제1 이송유닛(200)은 셔틀유닛(100)을 어느 한 방향으로 왕복 이송시킨다. 바람직하게는 제1 이송유닛(200)은 베드를 따라 평행한 방향인 수평방향(X축 방향)을 따라 셔틀유닛을 수평방향으로 왕복 이동시킨다.

제2 이송유닛(300)은 셔틀유닛(100)을 제1 이송유닛과 다른 한 방향으로 왕복 이송시킨다. 바람직하게는 제2 이송유닛(200)은 제1 이송유닛(100)에 직교하는 방향인 수직방향(Y축 방향)을 따라 셔틀유닛을 수직방향으로 왕복 이동시킨다.

제어유닛(400)은 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트(A1)를 해당 가공 어태치먼트를 원래 보관하는 셔틀유닛에 반납하고, 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트(A2)로 교환하기 위해 스핀들, 셔틀유닛, 제1 이송유닛, 및 제2 이송유닛의 작동을 제어한다.

이동방지부(500)는 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)의 교환시에 교환위치(P4)에 위치한 셔틀유닛의 이동을 방지하기 위해 제2 이송유닛(300)에 설치된다.

구체적으로, 이동방지부(500)는 제2 이송유닛(300)의 제2 베이스(310)의 상부에 설치되어 어태치먼트의 교환시에 교환위치(P4)에 위치한 셔틀유닛(100)에 어태치먼트를 반납 또는 어태치먼트를 수거할 때에 스핀들에 안정적으로 어태치먼트가 탈착 또는 부착되도록 셔틀유닛의 이동을 방지한다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 이동방지부(500)는 볼플랜져 형태로 형성될 수 있다. 이처럼, 이동방지부에 의해 스핀들에서 어태치먼트이 탈부착이 안정적으로 수행됨에 따라 신뢰성과 안정성을 극대화하고, 어태치먼트가 교환중에 손상되는 것을 방지하여 유지비용을 절감할 수 있다.

하우징부(600)는 복수의 셔틀유닛(100), 제1 이송유닛(200), 및 제2 이송유닛(300)을 감싸도록 탈부착 가능하게 형성된다.

이처럼, 하우징부(600)가 용이하게 탈부착 가능함에 따라 자동 어태치먼트 교환장치로의 접근이나 서비스 공간 확보가 용이함에 따라 유지보수 시간과 비용을 절감하고 고장을 방지하여 장비의 수명을 극대화할 수 있다.

도 3 내지 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 자동 어태치먼트 교환장치(10)의 제1 이송유닛(200)은 베드에 대해 수평방향(X축 방향)으로 평행하게 설치된다.

또한, 제2 이송유닛(300)은 제1 이송유닛(200)이 제2 이송유닛(300)을 기준으로 수평방향으로 대칭되도록 제1 이송유닛(200)에 직교하여 제1 이송유닛의 수평방향 중심(C)에 연통되게 설치된다. 즉, 제2 이송유닛(300)을 기준으로 제1 이송유닛(200)의 수평방향의 양쪽 길이가 동일하도록 제2 이송유닛(300)은 제1 이송유닛(200)에 직교하면서 서로 연통되게 T자 형태로 설치된다.

이처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치는 제1 이송유닛과 제2 이송유닛을 T자 형태로 설치함에 따라 베드의 길이를 따라 길게 제1 이송유닛을 설치하여 다양한 어태치먼트를 보유하면서도 각각의 어태치먼트가 안착되어 보관되는 셔틀유닛을 제1 이송유닛에 의해 수평방향으로 왕복이동시켜 보관위치에서 대기위치와 준비위치로 이동시키고, 제2 이송유닛에 의해 수직방향으로 왕복이동시켜 준비위치에서 교환위치로 이동시킬 때에 종래와 달리 어태치먼트가 안착된 셔틀유닛의 별도 수납공간을 필요하지 않게 됨에 따라 자동 어태치먼트 교환장치의 소형화 및 컴팩트화를 도모하고, 제조비용과 설치시간을 감소할 수 있다.

도 4 내지 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치(10)는 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트(A1)를 교환위치에 위치하는 셔틀유닛에 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트(A2)로 교환하기 위해, 준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛은 제어유닛의 제어를 통해 제1 이송유닛에 의해 수평방향(X축 방향)으로 보관위치(P1)에서 대기위치(P2)로 이동한다.

또한, 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛은 스핀들로부터 가공 어태치먼트(A1)를 회수한 상태에서 제어유닛의 제어를 통해 제2 이송유닛에 의해 수직방향(Y축 방향)으로 교환위치(P4)에서 준비위치(P3)로 이동하여 가공 어태치먼트(A1)의 반납이 먼저 수행된다.

이후, 준비위치(P3)로 이동하여 가공 어태치먼트(A1)를 회수한 셔틀유닛(100)은 제어유닛의 제어를 통해 제1 이송유닛에 의해 수평방향(X축 방향)으로 준비위치(P3)에서 보관위치(P1)으로 이동한다.

이후, 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛(100)은 제어유닛의 제어를 통해 제1 이송유닛에 의해 수평방향(X축 방향)으로 대기위치(P2)에서 준비위치(P3)로 이동함과 동시에 준비위치로 이동한 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛(100)은 제어유닛의 제어를 통해 제2 이송유닛에 의해 수직방향(Y축 방향)으로 준비위치(P3)에서 교환위치(P4)로 이동하여 스핀들에 준비 어태치먼트(A2)로 교환이 수행된다.

이후 다시 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트의 반납과 다른 준비 어태치먼트로의 교환은 동일한 순서로 이루어진다.

따라서, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치는 제1 이송유닛과 제2 이송유닛을 모두 볼스크류로 구동하고, 제어유닛에 의해 정밀하게 제어함에 따라 어태치먼트의 교환시간을 최소화하여 비가공시간 감소에 따라 생산성을 극대화할 수 있다.

도 3 내지 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치(10)의 각각의 셔틀유닛(100)은 캐리지(110), 결합부(120), 및 센싱부(130)를 포함한다.

캐리지(110)는 제1 이송유닛의 제1 이송부(210) 또는 제2 이송유닛의 제2 이송부(320)을 따라 이동하고 각각의 어태치먼트가 안착되는 공간을 제공한다. 필요에 따라 이러한 캐리지는 높이방향으로 연장형성될 수 있다.

결합부(120)는 캐리지를 제1 이송유닛 또는 제2 이송유닛을 따라 이송시키기 위해 캐리지의 일부에 형성된다. 즉, 결합부(120)는 후술하는 제2 이송유닛의 제2 이송부의 연결부와 결합되어 제어유닛의 제어에 의해 제2 구동부가 작동할 때에 안정적으로 캐리지를 제2 리니어 가이드를 따라 수직방향으로 교환위치(P4)와 준비위치(P3) 사이에서 왕복 이동시킬 수 있다.

센싱부(130)는 캐리지에 어태치먼트의 안착 유무를 확인하기 위해 캐리지에 형성된다. 이러한 센싱웁(130)는 후술하는 확인부(421)의 제3 확인부(421c)와 연동하여 캐리지에 어태치먼의 안착 유무를 확인하고 확인된 정보를 제어유닛으로 전송한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 센싱부(130)는 S/W 도그(DOG)로 형성될 수 있다.

도 3 내지 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치(10)의 제1 이송유닛(200)은 제1 베이스(210)와 제1 이송부(220)를 포함한다.

제1 베이스(210)는 베드를 따라 수평방향(X축 방향)으로 평행하게 설치된다. 이처럼, 제1 베이스(210)가 베드를 따라 수평방향으로 길게 연장 형성됨에 따라 어태치먼트를 보관하는 별도 수납공간을 배제할 수 있다.

구체적으로 문형 머시닝센터의 경우 베드가 작게는 10미터에서 길게는 수십미터를 넘는 크기를 갖고, 이러한 문형 머시닝센터의 베드의 측면에 베드와 평행하도록 수평방향으로 제1 베이스가 연장 형성되어 수평방향으로 왕복이동함에 따라 필요한 만큼의 다수의 어태치먼트를 보유하면서 신속하게 어태치먼트를 교체하면서 공간활용도를 극대화하고, 설치공간을 최소화하여 자동 어태치먼트 교환장치의 소형화 및 컴팩트화를 도모할 수 있다.

제1 이송부(220)는 셔틀유닛(100)을 수평방향(X축 방향)으로 이송시키기 위해 제1 베이스(210)의 상부에 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 제1 이송부(220)는 제1 볼스크류(221), 제1 구동부(222), 제1 리니어 가이드(223)를 포함한다.

제1 볼스크류(221)는 제1 베이스(210)의 상부에 수평방향을 따라 설치된다. 제1 리니어 가이드(223)는 제1 볼스크류(221)를 사이에 두고 제1 베이스(210)의 상부에 수직방향(Y축 방향)으로 이격되고 수평방향(X축 방향)을 따라 연장 설치된다. 제1 구동부(222)는 제어유닛(400)의 어태치먼트 교환 지령 신호에 따라 제1 볼스크류(221)에 회전 동력을 발생시킨다.

도면에 도시되지는 않았지만, 제1 구동부의 구동에 따라 제1 볼스크류를 따라 이동 가능하게 설치되고 결합부와 탈부착 가능하게 결합되는 체결부를 포함한다. 이러한 체결부에 의해 셔틀유닛이 제1 이송유닛을 따라 수평방향으로 보관위치(P1)에서 준비위치(P3)를 거쳐 대기위치(P2)까지 용이하게 이동할 수 있다.

도 3 내지 도 8에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치(10)의 제2 이송유닛(300)은 제2 베이스(310)와 제2 이송부(220)를 포함한다.

제2 베이스(310)는 제1 베이스(210)와 직교하고 제1 베이스의 중심에 연결되도록 수직방향(Y축 방향)으로 설치된다. 이처럼, 제2 베이스(310)가 제1 베이스에 직교하도록 T자 형태로 형성됨에 따라 어태치먼트의 교환을 위해 셔틀유닛의 이동거리를 최소화하고, 베드의 수직방향으로 돌출되는 형상을 최소화하여 공간활용도를 극대화하고, 자동 어태치먼트 교환장치의 소형화를 도모할 수 있다.

제2 이송부(320)는 셔틀유닛(100)을 수직방향(Y축 방향)으로 이송시키기 위해 제2 베이스(310)의 상부에 설치된다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만 제2 이송부(320)는 제2 볼스크류(321), 제2 구동부(322), 제2 리니어 가이드(323), 및연결부(324)를 포함한다.

제2 볼스크류(321)는 제2 베이스(310)의 상부에 수직방향을 따라 설치된다. 제2 리니어 가이드(323)는 제2 볼스크류(321)를 사이에 두고 제2 베이스(310)의 상부에 수평방향(X축 방향)으로 이격되고 수직방향(Y축 방향)을 따라 연장 설치된다. 제2 구동부(322)는 제어유닛(400)의 어태치먼트 교환 지령 신호에 따라 제2 볼스크류(321)에 회전 동력을 발생시킨다. 연결부(324)는 제2 구동부(322)의 구동에 따라 제2 볼스크류(321)를 따라 수직방향으로 이동 가능하게 설치되고 결합부(120)와 탈부착 가능하게 결합된다. 이러한 연결부(324)에 의해 셔틀유닛이 제2 이송유닛을 따라 수직방향으로 교환위치(P4)에서 준비위치(P3)로 용이하게 이동할 수 있다.

반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 상술한 제1 리니어 가이드(223) 및 제2 리니어 가이드(323)은 LM 가이드 레일로 형성될 수 있고, 제1 구동부(222)와 제2 구동부(322)는 서보모터(SERVO MOTOR)로 형성될 수 있다.

이처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치는 종래의 자동 어태치먼트 교환장치와 달리 랙피니언과 체인 로딩/언로딩이 아닌 볼스크류 방식에 의한 이동방식을 적용함에 따라 이동속도를 개선하여 어태치먼트 교환시간을 최소화하여 생산성을 극대화하고, 서보모터와 볼스크류 방식에 의해 이동량을 정밀하게 제어함에 따라 장치의 신뢰성과 안정성을 향상할 수 있다.

도 3 내지 도 9에 도시된 것처럼, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치(10)의 제어유닛(400)은 데이터 저장부(410), 연산부(420), 및 지령부(430)를 포함한다.

또한, 도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 제어유닛은 주조작부를 포함하고, 이러한 주조작부는 화면표시 프로그램과 화면표시 선택에 따른 데이터 입력 프로그램을 포함하고, 화면표시 프로그램의 출력에 따라 표시화면에 소프트웨어 스위치를 디스플레이하고, 소프트웨어 스위치의 온(ON)/오프(OFF)를 인식하여 기계 동작의 입출력 명령을 내리는 기능을 수행한다.

또한, 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 주조작부는 공작기계의 하우징, 케이스, 또는 일측에 설치되어 다양한 기능스위치 또는 버튼과 각종 정보를 표시할 수 있는 모니터를 구비한다.

데이터 저장부(410)는 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트(A1)를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트(A2)로 교환하기 위한 정보를 저장한다. 데이터 저장부(410)에 공작물 가공을 위한 가공프로그램 등이 저장된다. 즉, 데이터 저장부(410)는 작업자가 공작물을 가공하기 위한 가공프로그램을 입력하기 위한 사용자-기계연계 인터페이스(Human-Machine Interface)를 제공한다. 작업자는 데이터 저장부를 이용하여 하나 이상의 공작물 가공프로그램을 입력한다.

도 9에 도시된 것처럼, 데이터 저장부(410)는 기본데이터 저장부(411), 셔틀유닛 위치데이터 저장부(412), 및 스핀들 위치데이터 저장부(413)를 포함한다.

기본데이터 저장부(411)는 가공프로그램, 제1 이송유닛과 제2 이송유닛의 이송량, 각각의 셔틀유닛에 안착된 어태치먼트의 종류에 대한 데이터를 저장한다. 기본데이터 저장부;

셔틀유닛 위치데이터 저장부(412)는 어태치먼트의 교환위치(P4), 준비위치(P3), 및 각각의 셔틀유닛의 보관위치(P1)와 대기위치(P2)에 대한 데이터를 저장한다. 즉, 셔틀유닛 위치데이터 저장부(412)는 준비 어태치먼트(A2)를 보관 중인 셔틀유닛의 위치 데이터를 찾기 위해 실시간으로 위치가 변경되는 각각의 셔틀유닛에 대한 현재 위치와 기본적인 교환위치, 준비위치에 대한 정보를 저장한다.

스핀들 위치데이터 저장부(413)는 스핀들의 기준위치, 작업위치, 및 현재위치를 실시간으로 저장한다. 즉, 스핀들 위치데이처 저장부(413)는 어태치먼트의 교환이나 가공을 위해 어태치먼틔 교환시에 스핀들이 기준위치로 반드시 이동하여 어태치먼트가 교환됨에 따라 이러한 스핀들의 기준위치와 실제 가공을 수행하기 위해 가공원점으로 이동하는 스핀들의 작업위치 및 스핀들의 이동중에 스핀들의 실시간 현재위치를 저장한다.

이러한 데이터 저장부에 저장된 정보를 통해 제어유닛이 어태치먼트이 교환을 위해 정밀하게 장치를 제어하여 신뢰성과 안정성을 극대화하면서 신속하게 어태치먼트를 교환할 수 있다.

연산부(420)는 가공 어태치먼트(A1)를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트(A2)를 보관하는 다른 셔틀유닛의 대상과 위치 및 이송량을 산출한다. 연산부(420)는 NC(numerical control, NC) 또는 CNC(computerized numerical control)를 포함하고, 각종 수치 제어 프로그램이 내장되어 있다. 즉, 연산부에는 각종 프로그램이 내장되고, 데어터 저장부와 지령부의 신호에 따라 해당 프로그램이 자동으로 로딩되어 작동한다. 또한, 연산부는 스핀들, 공작기계이 컨트롤 장치, PLC, 제1 이송유닛, 제2 이송유닛과 소정의 프로토콜에 의해 통신을 수행한다.

도 9에 도시된 것처럼, 연산부(420)는 확인부(421), 판단부(422), 비교부(423), 분석부(424), 및 계산부(425)를 포함한다.

확인부(421)는 데이터 저장부(410)에 저장된 데이터에 의해 가공 어태치먼트(A1)를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트(A2)를 보관하는 다른 셔틀유닛이 각각 준비위치(P3) 또는 교환위치(P4)에 위치하는지 유무와 가공 어태치먼트(A1)를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트(A2)를 보관하는 다른 셔틀유닛에 각각 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인하는 기능을 수행한다.

도 9에 도시된 것처럼, 확인부(421)는 제1 확인부(421a), 제2 확인부(421b), 및 제3 확인부(421c)를 포함한다.

제1 확인부(421a)는 제1 이송유닛 또는 제2 이송유닛(300)을 따라 이동하는 셔틀유닛(100)이 준비위치(P3)에 위치하는지를 확인하기 위해 제2 베이스(310)의 상부에 설치된다.

제2 확인부(421b)는 제2 이송유닛(300)을 따라 이동하는 셔틀유닛(100)이 교환위치(P4)에 위치하는지를 확인하기 위해 제2 베이스(310)의 상부에 설치된다.

제3 확인부(421c)는 교환위치에 위치한 셔틀유닛(100)에 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인하기 위해 제2 베이스(310)에 설치된다. 상술한 바와 같이 센싱부와 함께 제3 확인부에 의해 셔틀유닛(100)에 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인한 후에 셔틀유닛이 이동한다.

이처럼, 제1, 2, 3 확인부를 통해 각 상태와 장비의 위치 상태를 정확하게 확인한 후에 셔틀유닛의 이송이나 어태치먼트의 교환을 수행함에 따라 오작동을 방지하고, 오작동에 의한 불필요한 이동을 최소화하여 어태치먼트 교환시간 감소를 통해 생산성을 향상하고, 장치의 신뢰성과 안정성을 향상하며, 실시간으로 이상유무를 확인하여 작업자의 편의를 도모할 수 있다.

판단부(422)는 데이터 저장부(410)에 저장된 데이터에 의해 공작기계의 정상상태 유무와 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단한다. 만약, 공작기계가 정상상태가 아니거나 어태치먼트의 교환시에 스핀들이 기준위치에 위치하지 않는 경우 알람을 발생하여 공작기계의 손상이나 파손을 방지할 수 있다. 이러한 알람은 모니터에 표시되는 형태, 경고음 또는 경광등 등의 형태로 표시될 수 있다.

비교부(423)는 데이터 저장부(410)에 저장된 데이터, 확인부(421), 및 판단부(422)의 결과에 따라 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)가 상이한지를 비교한다. 즉, 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)가 동일한 경우에는 굳이 어태치먼트 교환을 수행하는 것은 비가공시간과 비용의 증대만을 초래하기 때문에 비교부(423)는 데이터 저장부(410)에 저장된 데이터, 확인부(421), 및 판단부(422)의 결과에 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)가 서로 다른 종류인지를 비교 판단한다. 만약, 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)가 서로 동일한 종류인 경우에는 자동 어태치먼트 교환 프로세스를 종료하고 알람을 발생한다. 이러한 알람은 모니터에 표시되는 형태, 경고음 또는 경광등 등의 형태로 표시될 수 있다.

분석부(424)는 데이터 저장부(410), 확인부(421), 판단부(422), 및 비교부(423)의 결과에 따라 가공 어태치먼트(A2)를 보관할 셔틀유닛을 교환위치로 이송하고, 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛을 대기위치로 이송하기 위해 각각의 셔틀유닛의 현재 위치를 분석한다. 또한, 신속한 어태치먼트의 교환을 위해 가공 어태치먼트(A2)를 보관하는 셔틀유닛은 교환위치에 해당 어태치먼트로 가공이 종료될 때까지 대기상태를 유지할 수 있도 있다. 분석부(424)는 이러한 각 어태치먼트의 위치를 분석한다.

계산부(425)는 데이터 저장부(410), 확인부(421), 판단부(422), 비교부(423), 및 분석부(424)의 결과에 따라 가공 어태치먼트(A1)를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛의 이송순서와 이송량을 계산한다.

지령부(430)는 연산부(420)의 결과에 따라 스핀들, 제1 이송유닛(200), 및 제2 이송유닛(300)을 구동하여 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트(A1)를 준비 어태치먼트(A2)로 교환을 수행하도록 교환 지령을 전달한다. 반드시 이에 한정되는 것은 아니지만, 이러한 지령부(430)는 PLC(Programmable Logic Controller)를 포함하고, PLC는 데이터 저장부(410), 연산부(420), 제1 이송유닛(200), 제2 이송유닛(300), 및 공작기계와 소정의 프로토콜에 의한 통신을 수행하고, 이러한 통신을 통해 제어명령을 행하는 기능을 수행한다. 즉, PLC는 수치제어부 또는 제어유닛의 제어 프로그램에 따른 제어 명령을 받아 작동한다. 또한, 바람직하게는 PLC는 제1 이송유닛과 제2 이송유닛 및 스핀들의 구동부와 동력부의 엔코더를 이용하여 회전수와 토크를 측정할 수 있다. 이에 따라 셔틀유닛에 보관중인 어태치먼트의 현재 위치를 검출하여 가공프로그램에 따라 다음 가공에 사용할 어태치먼트를 수납한 셔틀유닛이 준비위치로 신속하게 이동할 수 있도록 계산하여 셔틀유닛의 이동시간과 동선을 최소화할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치는 제1 이송유닛과 제2 이송유닛을 모두 볼스크류로 구동하고, 제어유닛에 의해 이들을 정밀하게 제어함에 따라 어태치먼트의 교환시간을 최소화하여 비가공시간 감소에 따라 생산성을 극대화하고 신뢰성과 안정성을 향상하며, 작업자의 편의를 도모할 수 있다.

도 10을 참조하여 본 발명에 따른 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법을 설명한다.

스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해 공작물 가공프로그램, 교환위치, 준비위치, 및 각각의 셔틀유닛의 보관위치와 대기위치, 스핀들의 기준위치, 작업위치, 현재 위치 정보를 저장한다.

정보 저장하는 단계(S1) 이후에, 공작기계의 정상상태 유무와 현재 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단한다.

공작기계가 정상상태가 아니거나 현재 스핀들이 어태치먼트 교환을 위한 기준위치에 위치하지 않는 경우 알람을 발생한다.

공작기계의 정상상태 유무와 현재 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단하는 단계(S2) 이후에, 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)가 상이한지를 비교한다. 만약, 가공 어태치먼트(A1)와 준비 어태치먼트(A2)가 동일한 경우에는 이러한 정보를 모니터에 표시하거나 알람을 발생하고, 현재 자동 어태치먼트 교환을 중단한다.

가공 어태치먼트와 준비 어태치먼트가 상이한지를 비교하는 단계(S3) 이후에, 가공 어태치먼트(A1)를 보관할 셔틀유닛을 교환위치(P4)로 이송하고, 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛을 대기위치(P2)로 이송하기 위해 각각의 셔틀유닛의 현재 위치를 분석한다.

각각의 셔틀유닛의 현재 위치를 분석하는 단계(S4) 이후에, 제어유닛의 연산부에서 가공 어태치먼트를 보관하는 어태치먼트와 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛의 이송순서와 이송량을 계산한다.

계산하는 단계(S5) 이후에, 계산결과에 의해 지령부의 지령에 의해 스핀들, 제1 이송유닛, 및 제2 이송유닛을 구동하여 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환을 수행한다.

가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계(S6) 이후에, 스핀들에 장착된 준비 어태치먼트가 교환 지령에 의한 어태치먼트인지를 검사한다. 이러한 검사 단계(S7)를 통해 공작물의 오가공을 방지하여 가공비용을 절감하고, 자원낭비를 예방할 수 있다.

따라서, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치의 제어방법은 자동 어태치먼트의 교환을 어태치먼트가 안착된 셔틀유닛의 별도 수납공간을 배제하여 소형화 및 컴팩트화를 도모하고, 제조비용과 설치시간을 감소할 수 있다.

도 3 내지 도 10을 참조하여 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치 및 이의 제어방법의 작동원리와 교환과정을 설명한다.

도 4에 도시된 것처럼, 셋업상태의 자동 어태치먼트 교환장치의 상태에서 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트(A1)를 교환위치에 위치하는 셔틀유닛에 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트(A2)로 교환하기 위해 제어유닛(400)의 데이터 저장부(410)에 의해 현재 가공프로그램 상의 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트와 다음 공정에 필요한 준비 어태치먼트를 도출한다. 이후, 분석부를 통해 현재 준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛의 위치를 분석한다.

가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛은 원위치로 복귀한 후에 연산부를 통해 교환위치로 이동하기 위해 계산되어 지령부를 통해 이동할 수 있다. 다만, 도 5에 도시된 것처럼 셔틀유닛의 이동을 최소화하여 교환시간과 교환비용을 감소하기 위해 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛은 교환위치(P4)에 대기할 수 있다.

이후, 도 5에 도시된 것처럼 준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛은 제어유닛의 연산부를 계산을 통한 지령부의 지령에 의해 제1 이송유닛의 제1 구동부를 구동하여 수평방향(X축 방향)으로 보관위치(P1)에서 대기위치(P2)로 이동한다.

이후, 도 7에 도시된 것처럼, 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛은 스핀들로부터 가공 어태치먼트(A1)를 회수한 상태에서 제어유닛의 제어를 통해 제2 이송유닛에 의해 수직방향(Y축 방향)으로 교환위치(P4)에서 준비위치(P3)로 이동하여 가공 어태치먼트(A1)의 반납이 먼저 수행된다.

이후, 도 8에 도시된 것처럼, 준비위치(P3)로 이동하여 가공 어태치먼트(A1)를 회수한 셔틀유닛(100)은 제어유닛의 제어를 통해 제1 이송유닛에 의해 수평방향(X축 방향)으로 준비위치(P3)에서 보관위치(P1)으로 이동한다.

이후, 도 4에 도시된 것처럼, 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛(100)은 제어유닛의 제어를 통해 제1 이송유닛에 의해 수평방향(X축 방향)으로 대기위치(P2)에서 준비위치(P3)로 이동한다.

이와 동시에 준비위치로 이동한 준비 어태치먼트(A2)를 보관중인 다른 셔틀유닛(100)은 제어유닛의 제어를 통해 제2 이송유닛에 의해 수직방향(Y축 방향)으로 준비위치(P3)에서 교환위치(P4)로 이동하여 스핀들에 준비 어태치먼트(A2)로 교환이 수행된다.

이후 다시 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트의 반납과 다른 준비 어태치먼트로의 교환은 동일한 순서로 이루어진다.

따라서, 본 발명에 의한 자동 어태치먼트 교환장치는 어태치먼트가 안착된 셔틀유닛의 별도 수납공간을 배제하고 어태치먼트의 교환시간을 최소화하여 자동 어태치먼트 교환장치의 제조비용과 설치사긴을 감소하고, 비가공시간 감소에 따라 생산성을 극대화하며, 서비스 공간을 확보하여 유지보수 시간과 비용을 절감하고, 신뢰성과 안정성을 향상할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술할 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

10 : 자동 어태치먼트 교환장치, 100 : 셔틀유닛,
110 : 캐리지, 120 : 결합부,
130 : 센싱부, 200 : 제1 이송유닛,
210 : 제1 베이스, 220 : 제2 이송부
300 : 제2 이송유닛, 310 : 제2 베이스,
320 : 제2 이송부, 400 : 제어유닛,
410 : 데이터 저장부, 420 : 연산부,
430 : 지령부, 500 : 이동방지부,
600 : 하우징부.

Claims (16)

1. 스핀들에 탈부착 가능하게 장착되는 각각의 어태치먼트가 안착되어 보관 및 이동하는 셔틀유닛;
   상기 셔틀유닛을 어느 한 방향으로 왕복 이송시키는 제1 이송유닛;
   상기 셔틀유닛을 상기 제1 이송유닛과 다른 한 방향으로 왕복 이송시키는 제2 이송유닛; 및
   상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 셔틀유닛에 반납하고, 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해 상기 스핀들, 상기 셔틀유닛, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛의 작동을 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
   상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해,
   준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 보관위치에서 대기위치로 이동하고,
   상기 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛은 상기 스핀들로부터 상기 가공 어태치먼트를 회수한 상태에서 상기 제2 이송유닛에 의해 교환위치에서 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트의 반납이 수행되고,
   상기 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트를 회수한 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 준비위치에서 보관위치로 이동하고,
   상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 대기위치에서 준비위치로 이동하며,
   준비위치로 이동한 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제2 이송유닛에 의해 준비위치에서 교환위치로 이동하여 상기 스핀들에 준비 어태치먼트로 교환이 수행되는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어유닛은,
   스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위한 정보를 저장하는 데이터 저장부;
   가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트를 보관하는 다른 셔틀유닛의 대상과 위치 및 이송량을 산출하는 연산부; 및
   상기 연산부의 결과에 따라 상기 스핀들, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛을 구동하여 상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환을 수행하도록 교환 지령을 전달하는 지령부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 데이터 저장부는,
   가공프로그램, 상기 제1 이송유닛과 상기 제2 이송유닛의 이송량, 각각의 셔틀유닛에 안착된 어태치먼트의 종류에 대한 데이터를 저장하는 기본데이터 저장부;
   교환위치, 준비위치, 및 각각의 셔틀유닛의 보관위치와 대기위치에 대한 데이터를 저장하는 셔틀유닛 위치데이터 저장부; 및
   상기 스핀들의 기준위치, 작업위치, 및 현재위치를 실시간으로 저장하는 스핀들 위치데이처 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 연산부는,
   상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 준비 어태치먼트를 보관하는 다른 셔틀유닛이 준비위치 또는 교환위치에 위치하는지 유무와 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 상기 준비 어태치먼트를 보관하는 다른 셔틀유닛에 각각 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인하는 확인부;
   상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에 의해 정상상태 유무와 상기 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단하는 판단부;
   상기 데이터 저장부에 저장된 데이터, 상기 확인부, 및 상기 판단부의 결과에 따라 가공 어태치먼트와 준비 어태치먼트가 상이한지를 비교하는 비교부;
   상기 데이터 저장부, 상기 확인부, 상기 판단부, 및 상기 비교부의 결과에 따라 상기 가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛을 교환위치로 이송하고, 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛을 대기위치로 이송하기 위해 각각의 상기 셔틀유닛의 현재 위치를 분석하는 분석부; 및
   상기 데이터 저장부, 상기 확인부, 상기 판단부, 상기 비교부, 및 상기 분석부의 결과에 따라 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛과 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛의 이송순서와 이송량을 계산하는 계산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 확인부는,
   상기 제1 이송유닛 또는 상기 제2 이송유닛을 따라 이동하는 셔틀유닛이 준비위치에 위치하는지를 확인하기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제1 확인부;
   상기 제2 이송유닛을 따라 이동하는 셔틀유닛이 교환위치에 위치하는지를 확인하기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제2 확인부; 및
   상기 교환위치에 위치한 셔틀유닛에 어태치먼트가 안착된 상태인지를 확인하기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제3 확인부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   각각의 상기 셔틀유닛은,
   상기 제1 이송유닛 또는 상기 제2 이송유닛을 따라 이동하고 각각의 어태치먼트가 안착되는 캐리지;
   상기 캐리지를 상기 제2 이송유닛을 따라 이송시키기 위해 상기 캐리지의 일부에 형성되는 결합부; 및
   상기 캐리지에 어태치먼트의 안착 유무를 확인하기 위해 상기 캐리지에 형성되는 센싱부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 이송유닛은,
   베드를 따라 수평방향으로 평행하게 설치되는 제1 베이스; 및
   상기 셔틀유닛을 수평방향으로 이송시키기 위해 상기 제1 베이스에 설치되는 제1 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 이송유닛은,
    상기 제1 베이스와 직교하고 상기 제1 베이스의 중심에 연결 설치되는 제2 베이스; 및
    상기 셔틀유닛을 수직방향으로 이송시키기 위해 상기 제2 베이스에 설치되는 제2 이송부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    가공 어태치먼트와 준비 어태치먼트의 교환시에 교환위치에 위치한 셔틀유닛의 이동을 방지하기 위해 상기 제2 이송유닛에 설치되는 이동방지부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
    
12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 이송유닛은 베드에 대해 수평방향으로 평행하게 설치되고,
    상기 제2 이송유닛은 상기 제1 이송유닛이 상기 제2 이송유닛을 기준으로 수평방향으로 대칭되도록 상기 제1 이송유닛에 직교하여 상기 제1 이송유닛의 수평방향 중심에 연통되게 설치되는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
    
13. 제1항에 있어서,
    상기 셔틀유닛, 상기 제1 이송유닛, 및 상기 제2 이송유닛을 감싸도록 탈부착 가능하게 형성되는 하우징부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환장치.
    
14. 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 반납하고 다른 셔틀유닛에 보관중인 준비 어태치먼트로 교환하기 위해 공작물 가공프로그램, 교환위치, 준비위치, 및 각각의 셔틀유닛의 보관위치와 대기위치, 스핀들의 기준위치, 작업위치 정보를 저장하는 단계;
    공작기계의 정상상태 유무와 현재 스핀들이 기준위치에 위치하는지를 판단하는 단계;
    상기 가공 어태치먼트와 상기 준비 어태치먼트가 상이한지를 비교하는 단계;
    가공 어태치먼트를 보관할 셔틀유닛을 교환위치로 이송하고, 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛을 대기위치로 이송하기 위해 각각의 상기 셔틀유닛의 현재 위치를 분석하는 단계;
    상기 가공 어태치먼트를 보관하는 어태치먼트와 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛의 이송순서와 이송량을 계산하는 단계; 및
    상기 계산결과에 의해 상기 스핀들, 제1 이송유닛, 및 제2 이송유닛을 구동하여 상기 스핀들에 장착된 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환방법.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계는,
    상기 준비 어태치먼트를 보관중인 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 보관위치에서 대기위치로 이동하고, 상기 가공 어태치먼트를 보관하는 셔틀유닛은 상기 스핀들로부터 상기 가공 어태치먼트를 회수한 이후에 상기 제2 이송유닛에 의해 교환위치에서 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트의 반납이 수행되고,
    상기 준비위치로 이동하여 가공 어태치먼트를 회수한 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 준비위치에서 보관위치로 이동하고, 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제1 이송유닛에 의해 대기위치에서 준비위치로 이동하며, 준비위치로 이동한 상기 준비 어태치먼트를 보관중인 다른 셔틀유닛은 상기 제2 이송유닛에 의해 준비위치에서 교환위치 이동하여 준비 어태치먼트로 교환이 수행되는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환방법.
    
16. 제14항에 있어서,
    상기 가공 어태치먼트를 준비 어태치먼트로 교환하는 단계 이후에,
    상기 스핀들에 장착된 상기 준비 어태치먼트가 교환 지령에 의한 어태치먼트인지를 검사하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동 어태치먼트 교환방법.
    

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